DE102018130740A1

DE102018130740A1 - Ventilbaugruppe, einen elektrischen Aktor mit stufigem Anker aufweisend

Info

Publication number: DE102018130740A1
Application number: DE102018130740.3A
Authority: DE
Inventors: Bryan E. Nelson; Sana Mahmood; Stephen R. Lewis
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2019-06-06
Also published as: CN110005560A; US20190170267A1; US10711754B2

Abstract

Eine Ventilbaugruppe (24) für eine Pumpe (10) umfasst einen elektrischen Aktor (30) mit einem Stator (32) und einem Anker (44), wobei der Anker (44) eine dem Stator (32) zugewandte obere Ankeroberfläche (50) mit einem einwärts stufenartig verstärkten Profil (160) aufweist, das an einem radial innen liegenden Ort eine erhabene Oberfläche (58) bildet und an einem radial außen liegenden Ort eine tiefer gelegene spaltbildende Oberfläche (60) bildet, die zwischen dem Anker (44) und dem Stator (32) einen Spalt (70) bildet, wenn der elektrische Aktor (30) betätigt ist, um ein Verdrängen von Fluid zu erleichtern und ein Entstehen von potenziell beschädigenden Fluidströmungen hoher Geschwindigkeit zu vermeiden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein die Ausgestaltung und den Betrieb von Ankern bei elektrischen Aktoren und insbesondere eine Ventilbaugruppe, die einen Anker eines elektrischen Aktors aufweist, der derart gestaltet ist, dass er Fluidströme hoher Geschwindigkeit, die durch die Bewegung des Ankers in der Ventilbaugruppe verlagert werden, begrenzt.
Hintergrund
Zum Fördern und Druckbeaufschlagen von Fluids werden sehr viele verschiedene Pumpenkonstruktionen eingesetzt. Im Zusammenhang mit Kraftstoffsystemen, wie etwa bei Verbrennungskraftmaschinen, sind elektronisch gesteuerte Hochdruck-Kraftstoffpumpen üblich und werden verwendet, um einen Kraftstoff, wie etwa Dieselkraftstoff, für die Einspritzung in einen Kraftmaschinenzylinder unter Druck zu setzen. Es ist nachgewiesen worden, dass Strategien der Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck einen Betrieb bei verminderten Emissionen bewirken. Bei einer Ausgestaltung speist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe eine sogenannte Common-Rail, die einen Fluidbehälter bereitstellt, der eine Menge eines unter Druck stehenden Kraftstoffs zur Abgabe an mehrere Kraftstoffeinspritzventile speichert. Bei anderen Ausgestaltungen sind Kraftstoffpumpen einzeln Kraftstoffeinspritzventilen zugeordnet, was als Pumpe-Düse-Einheiten bekannt ist.
Um ein hohes Maß an Kontrolle über bewegliche Teile in solchen Pumpen zu erzielen, werden elektrische Stellantriebe wie etwa elektromagnetische Aktoren zur Steuerung von Ventilstellung und Fluidverbindungen verwendet. Wenn elektromagnetische Aktoren bzw. Solenoide stromdurchflossen sind, erzeugen sie ein Magnetfeld, das lokale Kräfte entwickeln kann, die groß genug sind, um Bauteile innerhalb der Kraftstoffsystem-Hardware zu betätigen. Im Laufe der Jahre haben Ingenieure mit einem breiten Spektrum von verschiedenen elektrischen Aktoren und Pumpenkonstruktionen experimentiert. Infolge des Strebens nach immer höherem Druck und immer stärkerer Kontrolle über die Kraftstoff-Einspritzmenge, die Kraftstoff-Einspritzrate und andere Eigenschaften bewegen sich die elektrischen Aktoren und zugeordneten Ventilkomponenten in Kraftstoffpumpen tendenziell relativ schnell und können mit relativ großen Kräften auf Ventilsitze, Anschläge oder andere Oberflächen aufschlagen. Ein Beispiel für eine Ausgestaltung einer Kraftstoffpumpe ist aus dem US-Patent Nr. 5,743,238 an Shorey et al. bekannt. Bei der in Shorey et al. dargestellten Ausgestaltung wird ein elektrischer Aktor verwendet, um ein Ventil zu steuern, das anscheinend die Stellung ändert, um abwechselnd einen Kraftstofffluss zu einer Pumpenkammer zuzulassen oder zu verhindern.
Kurzdarstellung der Erfindung
Unter einem Aspekt umfasst eine Ventilbaugruppe ein Ventilelement und einen elektrischen Aktor mit einem Stator und einem an das Ventilelement gekoppelten Läufer bzw. Anker. Der Anker weist eine Ankerplatte auf, die eine Anker-Mittelachse definiert, und ist zwischen einer Ruhestellung und einer betätigten Stellung beweglich, um in Reaktion auf eine Änderung eines Energiezustandes des elektrischen Aktors die Stellung des Ventilelements zu verändern. Die Ankerplatte weist eine dem Stator zugewandte obere Ankeroberfläche, eine untere Ankeroberfläche und eine Außenumfangsfläche, die sich um die Anker-Mittelachse herum und axial zwischen der oberen Ankeroberfläche und der unteren Ankeroberfläche erstreckt, auf. Die obere Ankeroberfläche weist ein einwärts stufenartig verstärktes Profil auf, das an einem radial innen liegenden Ort eine erhabene Oberfläche bildet, die in der betätigten Stellung an den Stator angrenzt, und an einem radial außen liegenden Ort eine tiefer gelegene, spaltbildende Oberfläche bildet, die in der betätigten Stellung zwischen dem Anker und dem Stator einen Spalt bildet.
Unter einem anderen Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben einer Ventilbaugruppe ein Ändern des Energiezustandes eines elektrischen Aktors der Ventilbaugruppe und ein Bewegen eines Ankers, der mit einem Ventilelement in der Ventilbaugruppe gekoppelt ist, aus einer Ruhestellung hin zu einem Stator im elektrischen Aktor in Reaktion auf die Änderung des Energiezustandes des elektrischen Aktors. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Stoppen der Bewegung des Ankers in einer betätigten Stellung, in der eine erhabene Oberfläche an einem radial innen liegenden Ort des Ankers an eine Stirnfläche des Stators angrenzt. Ferner umfasst das Verfahren ein Bilden eines Spalts, in der betätigten Stellung, zwischen einer tiefer gelegenen, spaltbildenden Oberfläche an einem radial außen gelegenen Ort des Ankers und der Stirnfläche des Stators und ein Verdrängen eines Fluids aus dem Raum zwischen dem Anker und dem Stator via den Spalt.
Unter noch einem weiteren Aspekt umfasst eine Pumpe ein Pumpengehäuse und ein Pumpelement, das zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position innerhalb einer im Pumpengehäuse gebildeten Pumpenkammer beweglich ist. Die Pumpe umfasst ferner eine Ventilbaugruppe zum Steuern eines Durchsatzes bzw. Stroms eines Fluids zu oder aus der Pumpenkammer und mit einem Ventilelement und einem elektrischen Aktor zum Einstellen der Stellung des Ventilelements. Der elektrische Aktor umfasst einen Stator und einen Anker mit einer dem Stator zugewandten oberen Ankeroberfläche und einer unteren Ankeroberfläche, und die obere Ankeroberfläche weist ein einwärts stufenartig verstärktes Profil auf, das an einem radial innen liegenden Ort eine erhabene Oberfläche und an einem radial außen liegenden Ort eine tiefer gelegene, spaltbildende Oberfläche bildet. Der Anker ist in einer Ruhestellung, in der jede von der erhabenen Oberfläche und der tiefer gelegenen, spaltbildenden Oberfläche im Abstand vom Stator ist, und ist in eine betätigte Stellung beweglich, in der die erhabene Oberfläche an den Stator angrenzt und die tiefer gelegene, spaltbildende Oberfläche im Abstand vom Stator ist und für ein Verdrängen von Fluid aus dem Raum zwischen dem Anker und dem Stator einen Spalt bildet.
Figurenliste

1 ist eine schaubildliche Schnittansicht, von der Seite betrachtet, einer Pumpe gemäß einer Ausführungsform; und
2 ist eine schematische Darstellung von Abschnitten einer Ventilbaugruppe, gemäß einer Ausführungsform, in einem ersten Zustand;
3 ist eine schematische Darstellung der Ventilbaugruppe von 2 in einem zweiten Zustand;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Ankers für einen elektrischen Aktor gemäß einer Ausführungsform; und
5 ist eine Unteransicht eines elektrischen Aktors mit einem Stator und einem Anker, gestrichelt dargestellt, gemäß einer Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung
Zu 1: Es ist eine Pumpe 10 gemäß einer Ausführungsform gezeigt, die ein Pumpengehäuse 12 aufweist, das eine Pumpengehäuse-Längsachse 13 definiert. Ein Pumpelement in der Art eines Kolbens 14 ist innerhalb des Pumpengehäuses 12 angeordnet und zwischen einer vorgeschobenen Position und einer zurückgezogenen Position innerhalb einer Pumpenkammer oder eines Kolbenhohlraums 16 beweglich. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Kolben 14 in Reaktion auf die Drehung eines Nockens 18 zwischen der vorgeschobenen Position und der zurückgezogenen Position beweglich. Die Pumpe 10 könnte eine Kraftstoffpumpe sein, die beispielsweise verwendet wird, um einen Kraftstoff, wie etwa einen Dieselkraftstoff, zur Abgabe an eine Common-Rail (nicht gezeigt) unter Druck zu setzen, die mehrere Kraftstoffeinspritzventile in einer Verbrennungskraftmaschine mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt. Alternativ könnte die Pumpe 10 eine sogenannte Pumpe-Düse-Einheit sein, die einem einzelnen Kraftstoffeinspritzventil zugeordnet ist. In noch weiteren Ausführungsformen ist die Pumpe 10 möglicherweise überhaupt keine Kraftstoffpumpe. Der Kolben 14 ist der einzige Kolben, der in der Schnittebene von 1 sichtbar ist; für den Fachmann versteht sich jedoch, dass üblicherweise ein oder mehrere weitere Kolben Bestandteil der Pumpe 10 sein können und sich in Reaktion auf ein Drehen des Kraftmaschinennockens phasengleich oder phasenverschoben hin- und herbewegen. Der Kolben 14 kann Kraftstoff im Innern des Kolbenhohlraums 16 unter Druck setzen und zwischen einem Pumpeneinlass 20 und einem Pumpenauslass 22 einen Übergang des Kraftstoffs bewirken. Außerdem ist im Innern des Pumpengehäuses 12 ein Ventilelement 26 einer Ventilbaugruppe 24 angeordnet, das beweglich ist zwischen einer Ruhestellung, in der ein Ventilsitz 28 freigegeben bzw. geöffnet ist und ein Pumpeneinlass 20 in Fluidverbindung mit dem Kolbenhohlraum 16 steht, und einer betätigten Stellung, in der das Ventilelement 26 den Ventilsitz 28 blockiert und eine Fluidverbindung zwischen dem Pumpeneinlass 20 und dem Kolbenhohlraum 16 verhindert. Das Ventilelement 26 könnte derart angeordnet sein, dass es während eines Druckbeaufschlagungshubs des Kolbens 14 den Ventilsitz 28 blockiert. Ein federbelastetes Auslassventil 19 blockiert den Pumpenauslass 22, öffnet sich aber in Reaktion auf ausreichenden Druck, um eine Fluidverbindung zwischen dem Kolbenhohlraum 16 und einer Common-Rail oder einem anderen Bauteil, das mit unter Druck stehendem Kraftstoff zu versorgen ist, zu ermöglichen. Es könnten andere Ventilpositionierungs- und -betriebsstrategien Anwendung finden. Beispielsweise könnte das Ventilelement 26 ein Stell- oder Steuerventil umfassen, das die Stellung eines anderen Ventils steuert. Außerdem umfasst die Ventilbaugruppe 24 einen elektrischen Aktor 30, dessen Betrieb und einzigartige Ausgestaltung hier näher erörtert werden.
Der elektrische Aktor 30 umfasst einen Stator 32, der im Innern des Pumpengehäuses 12 angeordnet oder damit gekoppelt ist, und einen Läufer bzw. Anker 44. Der Anker 44 kann mit dem Ventilelement 26 gekoppelt sein und kann, in einer Implementierung, einen Ankerbolzen 47 aufweisen, der am Ventilelement 26 befestigt und/oder einstückig damit ausgebildet ist. Das Ventilelement 26 und/oder der Ankerbolzen 47 erstrecken/erstreckt sich durch die Ankerplatte 46. Anker 44 und Ankerplatte 46 sind Begriffe, die hier synonym verwendet werden. Ändert sich der Energiezustand des elektrischen Aktors 30, kann dies ein Bewegen des Ankers 44 entsprechend wohlbekannten Gesetzmäßigkeiten relativ zum Stator 32 zur Folge haben. Eine Änderung des Energiezustandes wird typischerweise ein Unter-Strom-setzen eines elektrischen Aktors 30 umfassen, jedoch werden Ausführungsformen in Erwägung gezogen, bei denen eine Änderung des Energiezustandes ein Stromlos-machen des elektrischen Stellglieds 30 umfasst. Das Anheben des Energiezustandes des elektrischen Aktors 30 von einem ersten Energiezustand auf einen höheren Energiezustand oder das Absenken des Energiezustandes von einem höheren Energiezustand zu einem niedrigeren Energiezustand könnte ebenfalls als Änderung des Energiezustandes wie hier in Erwägung gezogen verstanden werden. In der veranschaulichten Ausführungsform weist der Stator 32 einen äußeren Statorabschnitt 34 in Ringform und einen inneren Statorabschnitt 35, ebenfalls in Ringform, auf. Der äußere Statorabschnitt 34 und der innere Statorabschnitt 35 können konzentrisch zueinander angeordnet und um die Pumpengehäuse-Längsachse 13 zentriert sein, jedoch wird die vorliegende Offenbarung dadurch nicht eingeschränkt. Zwischen dem äußeren Statorabschnitt 34 und dem inneren Statorabschnitt 35 ist ein Ringkanal 36 ausgebildet. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der elektrische Aktor 30 einen elektromagnetischen Aktor, der eine Wicklung 38 aufweist, die innerhalb oder zumindest teilweise innerhalb des Kanals 36 angeordnet ist. Die Wicklung 38 weist auf im Grundsätzlichen herkömmliche Art elektrisch leitfähigen Metallwerkstoff auf. Außerdem kann der elektrische Aktor 30 eine nichtmetallische Umspritzung 40 aufweisen, welche die Wicklung 38 umhüllt. An das Pumpengehäuse 12 ist ein Elektrostecker 42 angeschlossen, um elektrische Verbindungen mit der Wicklung 38 herzustellen. Der Stator 32 weist zudem eine Stator-Endfläche 52 („Stator-Stirnfläche 52“) auf, die dem Anker 44 zugewandt ist und teilweise von ringförmigen Endflächen (nicht mit Nummern versehen) eines jeden von dem äußeren Statorabschnitt 34 und dem inneren Statorabschnitt 35, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, und außerdem teilweise von der Wicklung 38 gebildet wird. Die Umspritzung 40 bildet somit einen freiliegenden Abschnitt der Stator-Stirnfläche 52, dessen Bedeutung aus der folgenden Beschreibung deutlich wird.
Die Ankerplatte 46 definiert die Anker-Mittelachse 48. In dem in 1 dargestellten Zustand ist die Anker-Mittelachse 48 im Wesentlichen kollinear mit der Pumpengehäuse-Längsachse 13. Des Weiteren ist der Anker 44, die Ankerplatte 46 eingeschlossen, zwischen einer Ruhestellung, die der Ruhestellung des Ventilelements 26 entspricht, und einer betätigten Stellung, die einer betätigten Stellung des Ventilelements 26 entspricht, beweglich. In der Ruhestellung des Ankers 44 ist die Ankerplatte 46 vom Stator 32 beabstandet. In der aktivierten Stellung des Ankers 44 ist die Ankerplatte 46 angrenzend an den Stator 32, wobei der Hub des Ankers 44 und des Ventilelements 26 typischerweise durch den Kontakt des Ventilelements 26 mit dem Ventilsitz 28 beendet wird. Wie bereits erwähnt, sind der Anker 44 und das Ventilelement 26 in Reaktion auf eine Änderung des Energiezustandes des elektrischen Aktors 30 in der beschriebenen Weise gemeinsam beweglich. Es kann eine Rückholfeder 68 bereitgestellt sein, um den Anker 44 und das Ventilelement 26 in die Ruhestellung zurückzubringen, sobald der elektrische Aktor 30 stromlos bzw. aberregt ist oder sein Energiezustand auf eine andere geeignete Weise verändert worden ist.
Nun außerdem mit Bezug auf 2, eine schematische Darstellung von Aspekten und Elementen des elektrischen Aktors 30: Die Ankerplatte 46 weist eine obere Ankeroberfläche 50 auf, die dem Stator 32 zugewandt ist, eine untere Ankeroberfläche 54 und eine Außenumfangsfläche 56, die sich um die Anker-Mittelachse 48 herum und axial zwischen der oberen Ankeroberfläche 50 und der unteren Ankeroberfläche 54 erstreckt. Die obere Ankeroberfläche 50 weist ein einwärts stufenartig verstärktes Profil auf, das an einem radial innen liegenden Ort eine erhabene Oberfläche 58 bildet, die in der betätigten Stellung an den Stator 32 angrenzt, und an einem radial außen liegenden Ort eine tiefer gelegene, spaltbildende Oberfläche 60 bildet, die in der betätigten Stellung zwischen dem Anker 44 und dem Stator 32 einen Spalt 70 bildet. Einwärts stufenartig verstärkt bedeutet eine Erhöhung, die in einer Richtung radial nach innen, zur Anker-Mittelachse 48 hin relativ abrupt erfolgt, obwohl die „Stufe“ nicht unbedingt scharfkantig oder eckig sein muss. Eine kontinuierliche Höhenänderung, zum Beispiel, würde wahrscheinlich nicht als einwärts stufenartig verstärkt aufgefasst werden. Außerdem mit Bezug auf 3: Es sind Aspekte und Elemente des elektrischen Aktors 30 gezeigt, wie sie aussehen könnten, wenn sich der Anker 44 in der betätigten Stellung befindet. In der betätigten Stellung ist die Anker-Mittelachse 48 gegenüber der Pumpengehäuse-Längsachse 13 geneigt, sodass die obere Ankeroberfläche 50 in Bezug auf den Stator 32 geneigt ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform ist im Pumpengehäuse 12 ein Ankerhohlraum 66 ausgebildet, um Raum für die Bewegung des Ankers 44 zur Verfügung zu stellen.
Während die Pumpe 10 läuft, wird der Ankerraum 66 typischerweise mit dem durch die Pumpe 10 geleiteten Arbeitsfluid gefüllt, obwohl selbstverständlich auch andere Fluids verwendet werden könnten. Wenn der Anker 44 aus seiner Ruhestellung, etwa wie in 2 dargestellt, in seine betätigte Stellung, etwa wie in 3 dargestellt, bewegt wird, muss Fluid aus dem Raum zwischen Stator 32 und Anker 44 verdrängt werden. Insbesondere wird bei einer Bewegung des Ankers 44 in seine betätigte Stellung Fluid zwischen der Oberseite 50 und der Stator-Stirnfläche 52 unter Druck gesetzt. Ferner ist zu beachten, dass im Stator 32 ein Schlitz 72 gezeigt ist, der sich bei der dargestellten Ausführungsform von der Stator-Stirnfläche 52 aus nach innen erstreckt. Der Schlitz 72 kann eine Ringform aufweisen, konzentrisch zum äußeren Statorabschnitt 34 und inneren Statorabschnitt 35, und im Grundsätzlichen um die Pumpengehäuse-Längsachse 13 zentriert sein. Es hat sich herausgestellt, dass das Druckbeaufschlagen von Fluid zwischen Anker 44 und Stator 32 und insbesondere zwischen Anker 44 und Schlitz 72, zu einer Geschwindigkeit und Energie des Fluids führen kann, die zumindest im Laufe der Zeit ausreicht, um die Umspritzung 40 abzuschleifen oder anderweitig zu beschädigen. Das einwärts stufenartig verstärkte Profil der Oberseite 50 schafft, was diese erosiven Erscheinungen anbelangt, eine Verbesserung, indem es dem verdrängten Fluid einen einfacheren Ausströmweg bietet. Wie bereits erwähnt, weist die Oberseite 50 die erhabene Oberfläche 58 und die tiefer gelegene Oberfläche 60 auf. Bei früheren Ausgestaltungen ohne einwärts stufenartig verstärktes Profil war kein solcher Ausströmweg für das Fluid vorgesehen. In 3 veranschaulicht eine gestrichelte Linie ein beispielhaftes Ankerprofil 160, das bei bekannten Ankerausgestaltungen anzutreffen ist.
Es sei daran erinnert, dass ein Bewegen des Ankers 44 in die betätigte Stellung auch ein Schrägstellen des Ankers 44 umfassen kann, letztendlich derart, dass eine Oberseite 50 des Ankers 44 in Bezug auf die Stator-Stirnfläche 52 geneigt ist. Es wird die Meinung vertreten, dass das Kippen des Ankers 44 und ähnlicher Anker die Erscheinungen, die potenziell zu einem Abtrag führen können, wie hier beschrieben wurde, verursachen oder verstärken kann. Es ist zu erkennen, dass das bekannte Ankerprofil 160 zur Folge haben konnte, dass die Ankerplatte 46 den Stator 32 berührt oder den Stator 32 beinahe berührt und einen radial nach außen gerichteten Fluidstrom zumindest in der Nähe der Punkte, an denen die Berührung oder Beinahe-Berührung zwischen Anker 44 und Stator-Stirnfläche 52 erfolgt, drosselt oder vollständig verhindert, wenn der Anker 44 die betätigte Stellung erreicht. Infolgedessen wurde erwartungsgemäß verdrängtes Fluid nach innen, ringsum und nach oben in den Schlitz 72 umgeleitet und dabei so weit beschleunigt, dass durch ein oder mehrere Strahlen des eine hohe Geschwindigkeit aufweisenden Fluids die verhältnismäßig weiche Umspritzung 40 beschädigt werden kann.
Nun zu 4, dort ist der Anker 44 inklusive Ankerplatte 46 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt und es sind weitere Einzelheiten veranschaulicht. Es ist zu erkennen, dass die erhabene Oberfläche 58 im Allgemeinen plan und kreisförmig ist und sich zwischen der erhabenen Oberfläche 58 und der tiefer gelegenen Oberfläche 60 eine Ringstufenfläche oder Außenumfangsfläche 69 erstreckt. Die tiefer gelegene Oberfläche 60 ist ebenfalls im Grundsätzlichen plan und ringförmig. Die erhabene Oberfläche 58 und die tiefer gelegene Oberfläche 60 erstrecken sich jeweils um die Anker-Mittelachse 48 herum und, wie sich versteht, auch um den Ankerbolzen 47 herum. Ferner ist aus 4 ersichtlich, dass das einwärts stufenartig verstärkte Profil der oberen Ankeroberfläche 50 links-rechts-symmetrisch um die Anker-Mittelachse 48 ist. Bei einer Implementierung umfasst das einwärts stufenartig verstärkte Profil ein Rotationsprofil, das um die Anker-Mittelachse 48 herum einheitlich ist, und jede von der erhabenen Oberfläche 58 und der tiefer gelegenen Oberfläche 60 definiert eine kreisförmige äußere Begrenzung, wobei die kreisförmigen äußeren Begrenzungen konzentrisch sind. Die Ankerplatte 46 weist eine erste axiale Dicke 112 innerhalb der erhabenen Oberfläche 58 und eine zweite axiale Dicke 114 innerhalb der tiefer gelegenen Oberfläche 60 auf. Die erste axiale Dicke 112 kann ungefähr zweimal die zweite axiale Dicke 114 oder geringer sein. Die Außenumfangsfläche 56 definiert ein erstes Außendurchmessermaß 116, und die erhabene Oberfläche 58 definiert ein zweites Außendurchmessermaß 118. Das erste Außendurchmessermaß 116 kann ungefähr zweimal das zweite Außendurchmessermaß 118 oder größer sein. Die magnetische Flussdichte wird gewöhnlich in Richtungen radial nach außen, vom Zentrum einer Solenoidspule aus, in nichtlinearer Weise schwächer. Deshalb hat ein Entfernen oder Einschränken der Verwendung von Material, gemäß der vorliegenden Offenbarung, das bei einem Anker relativ weiter radial außen ist, tendenziell nur einen relativ geringen Einfluss, falls überhaupt, auf die Größenordnung der elektromagnetischen Kraft, die auf den Anker 44 ausgeübt wird, wenn der elektrische Aktor 30 unter Strom steht. Es versteht sich, dass verschiedene Modifikationen an der Geometrie, den Proportionen und den relativen Abmessungen der Ankerplatte 46, wie in 4 dargestellt, vorgenommen werden könnten, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzukommen. Es wird in Erwägung gezogen, dass eine praktische Umsetzung umfasst, die Ankerplatte 46 derart zu bilden, dass der Spalt 70 mit dem Schlitz 72 in Fluidverbindung steht, wenn sich der Anker 44 in der betätigten Stellung befindet. Dementsprechend kann die Außenumfangsfläche 69 etwas kleiner als der Außendurchmesser des Schlitzes 72 angeordnet/bemessen sein, jedoch wird die vorliegende Offenbarung dadurch nicht eingeschränkt.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen generell: Ein Betreiben der Ventilbaugruppe 24 kann umfassen, den Energiezustand des elektrischen Aktors 30 wie hier erörtert zu ändern und in Reaktion auf die Änderung des Energiezustandes des elektrischen Aktors 30 den Anker 44 aus der Ruhestellung zum Stator 32 hin zu bewegen. Der Anker 44 wird sich zur betätigten Stellung hin bewegen und in der betätigten Stellung gestoppt werden, wie etwa durch In-Kontakt-kommen des Ventilelements 26 mit dem Ventilsitz 28, wenngleich je nach Fertigungstoleranzen, Bauteilverschleiß und Neigungsgrad des Ankers 44 die erhabene Oberfläche 58 auch die Stator-Stirnfläche 52 berühren könnte. In der betätigten Stellung bildet die tiefer gelegene Oberfläche 60 den Spalt 70, sodass Fluid aus dem Raum zwischen Anker 44 und Stator 32 via den Spalt 70 verdrängt werden kann. Das Ventil 26 wird in der hierin beschriebenen Weise bewegt, um die Fluidverbindungen zur Pumpenkammer oder zum Kolbenhohlraum 16 in der Pumpe 10 zu verändern. Wenn der elektrische Aktor 30 stromlos bzw. aberregt ist, kann sich der Anker 44 unter dem Einfluss der Rückholfeder 68 zurück in die Ruhestellung bewegen.
Nun zu 6: Es ist eine Unteransicht eines elektrischen Aktors 30 gezeigt, wie er aussehen könnte, wobei der Anker 44 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Es ist zu erkennen, dass der Anker 44 geneigt ist und zwar im Allgemeinen nach links, weg vom Stecker 42 und weg von einem Raum 74, der durch einen Spalt im äußeren Statorabschnitt 34 gebildet wird. Ein Kreis 100 ist um einen Bereich dargestellt, in dem bei einer bekannten Ausgestaltung Kontakt zwischen Anker 44 und Stator-Stirnfläche 52 festgestellt werden könnte. Außerdem ist eine Stelle 102 ausgewiesen, an der erosive oder andere Schäden auftreten könnten, jedoch für das Profil des Ankers 44 wie hier beschrieben. Ferner ist zu beachten, dass sich die Stelle 102 innerhalb des Schlitzes 72 befindet. Bei anderen Pumpenkonstruktionen und/oder Ausgestaltungen elektrischer Aktoren könnten andere erosive Erscheinungen festgestellt werden.
Die vorliegende Beschreibung dient lediglich zur Veranschaulichung, sie sollte keineswegs als den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einschränkend ausgelegt werden. Dementsprechend versteht sich für den Fachmann, dass an den jetzt offenbarten Ausführungsformen verschiedene Modifikationen vorgenommen werden könnten, ohne vom vollen und fairen Schutzbereich und Gedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer genauen Betrachtung der beigefügten Zeichnung und angehängten Ansprüche offensichtlich. Die hier verwendeten unbestimmten Artikel wie „ein“, „eine“, „eines“ usw. sollen sich auf ein oder mehrere Elemente beziehen und können austauschbar mit „ein oder mehrere“ „eine oder mehrere“ usw. verwendet sein. Wenn nur ein Element vorgesehen ist, wird das Zahlwort „ein“ oder ein ähnlicher Ausdruck verwendet. Auch sind die hier verwendeten Ausdrücke „aufweist“, „aufweist“, „aufweisend“ o. Ä. als erweiterbar zu verstehen. Ferner sollen die Ausdrücke „basierend auf“ bzw. „auf der Grundlage von“ die Bedeutung von „zumindest zum Teil basierend auf“ bzw. „zumindest zum Teil auf der Grundlage von“ haben, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5743238 [0003]

Claims

Ventilbaugruppe (24), umfassend: ein Ventilelement (26); einen elektrischen Aktor (30) mit einem Stator (32) und einem Anker (44), der mit dem Ventilelement (26) gekoppelt ist; wobei der Anker (44) eine Ankerplatte (46) aufweist, die eine Anker-Mittelachse (48) definiert, und zwischen einer Ruhestellung und einer betätigten Stellung beweglich ist, um in Reaktion auf eine Änderung eines Energiezustandes des elektrischen Aktors (30) die Stellung des Ventilelements (26) zu verändern; wobei die Ankerplatte (46) eine dem Stator (32) zugewandte obere Ankeroberfläche (50), eine untere Ankeroberfläche (54) und eine Außenumfangsfläche (56), die sich um die Anker-Mittelachse (48) herum und axial zwischen der oberen Ankeroberfläche (50) und der unteren Ankeroberfläche (54) erstreckt, aufweist und die obere Ankeroberfläche (50) ein einwärts stufenartig verstärktes Profil (160) aufweist, das an einem radial innen liegenden Ort eine erhabene Oberfläche (58) bildet, die in der betätigten Stellung an den Stator (32) angrenzt, und an einem radial außen liegenden Ort eine tiefer gelegene, spaltbildende Oberfläche (60) bildet, die in der betätigten Stellung zwischen dem Anker (44) und dem Stator (32) einen Spalt (70) bildet.
Ventilbaugruppe (24) nach Anspruch 1, ferner ein Gehäuse (12) umfassend, das eine Gehäuselängsachse (13) definiert, wobei in der betätigten Stellung die Anker-Mittelachse (48) gegenüber der Gehäuselängsachse (13) geneigt ist.
Ventilbaugruppe (24) nach Anspruch 1, wobei sich das Ventilelement (26) durch die Ankerplatte (46) erstreckt und die erhabene Oberfläche (58) und die tiefer gelegene, spaltbildende Oberfläche (60) sich jeweils um das Ventilelement (26) herum erstrecken; jede von der erhabenen Oberfläche (58) und der tiefer gelegenen, spaltbildenden Oberfläche (60) plan ist, und die tiefer gelegene, spaltbildende Oberfläche (60) sich von der erhabenen Oberfläche (58) radial nach außen, zur Außenumfangsfläche (56) erstreckt; das einwärts stufenartig verstärkte Profil (160) links-rechts-symmetrisch um die Anker-Mittelachse (48) ist; das einwärts stufenartig verstärkte Profil (160) ein Rotationsprofil umfasst, das um die Anker-Mittelachse (48) herum einheitlich ist; und wobei die Ankerplatte (46) eine erste axiale Dicke (112) innerhalb der erhabenen Oberfläche (58) und eine zweite axiale Dicke (114) innerhalb der tiefer gelegenen, spaltbildenden Oberfläche (60) aufweist und die erste axiale Dicke (112) ungefähr zweimal die zweite axiale Dicke (114) oder geringer ist und die Außenumfangsfläche (56) ein erstes Außendurchmessermaß (116) definiert und die erhabene Oberfläche (58) ein zweites Außendurchmessermaß (118) definiert und das erste Außendurchmessermaß (116) ungefähr zweimal das zweite Außendurchmessermaß (118) oder größer ist.
Ventilbaugruppe (24) nach Anspruch 1, wobei der elektrische Aktor (30) einen elektromagnetischen Aktor mit einem Stator (32), einer Wicklung (38) und einer die Wicklung (38) umschließenden Umspritzung (40) umfasst; der Stator (32) einen ringförmigen äußeren Statorabschnitt (34) und einen ringförmigen inneren Statorabschnitt (35) umfasst und radial zwischen dem äußeren Statorabschnitt (34) und dem inneren Statorabschnitt (35) ein Kanal (36) ausgebildet ist und die Wicklung (38) und die Umspritzung (40) im Kanal (36) aufgenommen sind; der innere Statorabschnitt (35) eine innere Stator-Endfläche aufweist und der äußere Statorabschnitt (34) eine äußere Stator-Endfläche aufweist und die innere Stator-Endfläche und die äußere Stator-Endfläche in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und die Umspritzung (40) einen darin ausgebildeten ringförmigen Schlitz (72) aufweist, der sich von der gemeinsamen Ebene nach innen erstreckt und in der zweiten Stellung des Ankers (44) der Spalt (70) mit dem ringförmigen Schlitz (72) in Fluidverbindung steht.
Verfahren zum Betreiben einer Ventilbaugruppe (24), umfassend: Ändern des Energiezustandes eines elektrischen Aktors (30) der Ventilbaugruppe (24); Bewegen eines Ankers (44), der mit einem Ventilelement (26) in der Ventilbaugruppe (24) gekoppelt ist, aus einer Ruhestellung hin zu einem Stator (32) im elektrischen Aktor (30) in Reaktion auf die Änderung des Energiezustandes des elektrischen Aktors (30); Stoppen der Bewegung des Ankers (44) in einer betätigten Stellung, in der eine erhabene Oberfläche (58) an einem radial innen liegenden Ort des Ankers (44) an eine Stirnfläche des Stators (52) angrenzt; Bilden eines Spalts (70), in der betätigten Stellung, zwischen einer tiefer gelegenen, spaltbildenden Oberfläche (60) an einem radial außen gelegenen Ort des Ankers (44) und der Stirnfläche des Stators (52) und Verdrängen eines Fluids aus dem Raum zwischen dem Anker (44) und dem Stator (32) via den Spalt (70).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bewegen des Ankers (44) ferner ein Neigen der Oberseite des Ankers (50), die die erhabene Oberfläche (58) bildet, und der tiefer gelegenen, spaltbildenden Oberfläche (60) in Bezug auf die Stirnfläche des Stators (52) umfasst; das Bilden des Spalts (70) ferner ein Bilden des Spalts (70) in Fluidverbindung mit einem im Stator (32) ausgebildeten Schlitz (72) umfasst; der Schlitz (72) in einer Umspritzung (40) einer Magnetwicklung (38) des elektrischen Aktors (30) ausgebildet ist und wobei das Verdrängen des Fluids ferner ein Druckbeaufschlagen des Fluids aus dem Raum zwischen dem Anker (44) und der Stirnfläche des Stator (52) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erhabene Oberfläche (58) eine kreisförmige äußere Begrenzung aufweist, die konzentrisch zu einer kreisförmigen äußeren Begrenzung der tiefer gelegenen, spaltbildenden Oberfläche (60) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei sich die Ventilbaugruppe (24) in einer Pumpe (10) befindet und das Bewegen des Ankers (44) ferner umfasst, den Anker (44) derart zu bewegen, dass eine Stellung des Ventilelements (26) verändert wird, um Fluidverbindungen einer Pumpenkammer (16) in der Pumpe (10) zu verändern.
Pumpe (10), umfassend: ein Pumpengehäuse (12); ein Pumpelement (14), das zwischen einer zurückgezogenen Position und einer vorgeschobenen Position innerhalb einer im Pumpengehäuse (12) gebildeten Pumpenkammer (16) beweglich ist; eine Ventilbaugruppe (24) zum Steuern eines Durchsatzes bzw. Stroms eines Fluids zu oder aus der Pumpenkammer (16) und mit einem Ventilelement (26) und einem elektrischen Aktor (30) zum Einstellen einer Stellung des Ventilelements (26); wobei der elektrische Aktor (30) einen Stator (32) und einen Anker (44) mit einer dem Stator (32) zugewandten oberen Ankeroberfläche (50) und einer unteren Ankeroberfläche (54) umfasst und die obere Ankeroberfläche (50) ein einwärts stufenartig verstärktes Profil (160) aufweist, das an einem radial innen liegenden Ort eine erhabene Oberfläche (58) und an einem radial außen liegenden Ort eine tiefer gelegene, spaltbildende Oberfläche (60) bildet; und der Anker (44), wenn er sich in einer Ruhestellung befindet, wobei jede von der erhabenen Oberfläche (58) und der tiefer gelegenen, spaltbildenden Oberfläche (60) im Abstand vom Stator (32) ist, in eine betätigte Stellung beweglich ist, in der die erhabene Oberfläche (58) an den Stator (32) angrenzt und die tiefer gelegene, spaltbildende Oberfläche (60) im Abstand vom Stator (32) ist und für ein Verdrängen von Fluid aus dem Raum zwischen dem Anker (44) und dem Stator (32) einen Spalt (70) bildet.
Pumpe (10) nach Anspruch 9, wobei der Anker (44) eine Anker-Mittelachse (48) definiert und das einwärts stufenartig verstärkte Profil (160) ein Rotationsprofil umfasst, das radialsymmetrisch um die Anker-Mittelachse (48) ist; die erhabene Oberfläche (58) kreisförmig ist und die tiefer gelegene, spaltbildende Oberfläche (60) ringförmig ist und sich um die erhabene Oberfläche (58) herum erstreckt; der elektrische Aktor (30) einen elektromagnetischen Aktor mit einem Stator (32), einer Wicklung (38) und einer die Wicklung (38) umschließenden Umspritzung (40) umfasst und der Stator (32) einen ringförmigen äußeren Statorabschnitt (34) und einen ringförmigen inneren Statorabschnitt (35) umfasst und radial zwischen dem äußeren Statorabschnitt (34) und dem inneren Statorabschnitt (35) ein Kanal (36) ausgebildet ist und die Wicklung (38) und die Umspritzung (40) im Kanal (36) aufgenommen sind.